الاشعه تحت الحمراء

    

  (أو إشعاع تحت الأحمر) هو الإشعاع الكهرومغناطيسي مع الطول الموجي بين 0.7 و 300 ميكرومتر، وهو ما يعادل تقريبا نطاق الترددات بين 1 و 400تيراهيرتز.

طول موجته أطول (وتردد أدنى) من ذلك الضوء المرئي، ولكن طول موجي أقصر (والتردد العالي) من تلك الموجات من الإشعاع التراهرتز. ضوء الشمس الساطع يوفر الساقط من حوالي 1 كيلو وات لكل متر مربع عند مستوى سطح البحر. من هذه الطاقة، و 527 واط هو ضوء الأشعة تحت الحمراء، و 445 واط من الضوء المرئي، و 32 واط من الأشعة فوق البنفسجية

نظرة عامة

    التصوير بالأشعة تحت الحمراء ويستخدم على نطاق واسع لأغراض عسكرية ومدنية. وتشمل التطبيقات العسكرية والاستحواذ على الأهداف، والمراقبة، للرؤية الليلية، وتعقب صاروخ موجه. استخدامات غير عسكرية تشمل تحليل الكفاءة الحرارية، ودرجة الحرارة والاستشعار عن بعد، قصيرة تراوحت الاتصالات اللاسلكية، والتحليل الطيفي، والتنبؤ بالأحوال الجوية. علم فلك الأشعة تحت الحمراء يستخدم المقاريب المزودة بأجهزة استشعار لاختراق مناطق الغبار في الفضاء، مثل السحب الجزيئية ؛ كشف أجسام باردة مثل الكواكب، وعرض للغاية الحمراء تحولت الكائنات من الأيام الأولى من الكون.

يشع البشر في درجة حرارة الجسم الطبيعي اساسا على طول موجي حول 10μm (ميكرومتر) على المستوى الذري، والطاقة، تحت الحمراء يتسبب في وسائط الذبذبات في جزيء من خلال إحداث تغيير في اللحظة ثنائي القطب، مما يجعلها مفيدة لطائفة وتردد دراسة هذه الدول الطاقة للجزيئات من التماثل السليم. مطياف الأشعة تحت الحمراء يدرس امتصاص ونقل فوتونات في مدى الأشعة تحت الحمراء والطاقة، وبناء على وتيرة وحدة

أصل مصطلح

   معنى الاسم (تحت الحمراء بالاتينية) والاحمر له أطول طول موجى من بين الاشعة المرئية والاشعة تحت الحمراء لها طول موجى أكبر (وتردد اقل) من الضوء الاحمر

في مناطق مختلفة من الأشعة تحت الحمراء

الكائنات عموما تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء عبر طيف من الأطوال الموجية، ولكن فقط في منطقة معينة من الطيف هو من مصلحة لاستشعار عادة ما تكون مصممة فقط لجمع الإشعاع داخل النطاق الترددي محددة. نتيجة لذلك، حزمة الأشعة تحت الحمراء غالبا ما تنقسم إلى أقسام أصغر

مخطط تقسيم اللجنة الدولية للالإضاءة

·         الأشعة تحت الحمراء، وقال : 700 نانومتر - 1400 نانومتر

·         الأشعة تحت الحمراء ب : 1400 نانومتر - 3000 نانومتر

·         الأشعة تحت الحمراء جيم : 3000 نانومتر - 1 ملم

فرعيا يستخدم عادة خطة التقسيم :

   القريبة من تحت الحمراء : 0.75-1.4 ميكرومتر في الطول الموجي ،والتي يشيع استخدامها في الاتصالات السلكية واللاسلكية من الألياف البصرية منخفضة في الزجاج SiO2 (السيليكا) والمتوسط. المشددات صورة حساسة لهذا المجال من الطيف. وتشمل الأمثلة أجهزة رؤية ليلية مثل نظارات للرؤية الليلية.

   الطول الموجي القصير الأشعة تحت الحمراء (SWIR) : 1.4-3 ميكرومتر، امتصاص الماء يزيد بشكل ملحوظ في 1،450 نانومتر. نطاق 1،530 إلى 1،560 ميل بحري هو المهيمن في المنطقة الطيفية للاتصالات السلكية واللاسلكية لمسافات طويلة.

   منتصف طول موجة الأشعة تحت الحمراء (MWIR،) وتسمى أيضا الوسيطة الأشعة تحت الحمراء (آي آي آر) : 3-8 ميكرومتر. في تكنولوجيا الصواريخ الموجهة 3-5 سنوات ميكرومتر جزء من هذه الفرقة هي النافذة في الغلاف الجوي التي رؤساء صاروخ موجه من الأشعة تحت الحمراء السلبي 'الحرارة تسعى' صواريخ مصممة على العمل، رغبة في العودة إلى التوقيع على الأشعة تحت الحمراء من طائرات المستهدفة، وعادة ما تكون المحرك النفاث ريشة العادم.

    الطول الموجي الطويل الأشعة تحت الحمراء (LWIR، اي ار سي الدين) : 8-15 ميكرون. وهذا هو التصوير "الحرارية" المنطقة، وأجهزة الاستشعار التي يمكن الحصول على صورة سلبية تماما عن العالم الخارجي على أساس الانبعاثات الحرارية فقط، وتتطلب أي ضوء خارجي أو مصدر حراري مثل الشمس والقمر أو إضاءة الأشعة تحت الحمراء. تطلعي الأشعة تحت الحمراء (رادار الأشعة دون الحمراء) نظم استخدام هذا المجال من الطيف. الذي يسمى أيضا أحيانا "الآن الأشعة تحت الحمراء."

   الأقصى الأشعة تحت الحمراء (منطقة معلومات الطيران) : 15-1،000 ميكرومتر "تنعكس الأشعة تحت الحمراء" في حين MWIR وLWIR يشار إليه أحيانا ب "الأشعة تحت الحمراء الحرارية." نظرا لطبيعة منحنيات إشعاع الجسم الأسود، نموذجية 'ساخنة' الكائنات، مثل مواسير العادم، وغالبا ما تبدو أكثر اشراقا في ميغاواط مقارنة مع نفس الكائن ينظر في وزن شحمي.

مخطط تقسيم علماء الفلك للاشعة تحت الحمراء

·         الأدنى : (0.7-1) إلى 5 ميكرومتر

·         المتوسط : من 5 إلى (25-40) ميكرومتر

·         الطويل : (25-40) إلى (200-350) ميكرون.

    هذه الانقسامات ليست دقيقة، ويمكن أن تختلف تبعا للمنشور. المناطق الثلاث التي تستخدم لمراقبة تتراوح درجات الحرارة المختلفة، وبالتالي بيئات مختلفة في الفضاء.

نظام تقسيم حساسية التسجيل

وهناك مخطط لتقسيم حساسية التسجيل بحسب طول الموجة كالآتي :

·         الأشعة تحت الحمراء القصيرة جدا: من 0.7 إلى 1.0 ميكرومتر (من النهاية التقريبية لاستجابة العين البشرية إلى حساسية خلية السيليكون).

·         الموجة القصيرة الأشعة تحت الحمراء : 1.0 إلى 3 ميكرومتر (من قطع من السليكون لأنه من النافذة MWIR في الغلاف الجوي. InGaAs يغطي حوالي 1.8 ميكرومتر، وأقل حساسية أملاح الرصاص تغطي هذه المنطقة.

·         منتصف حيز الأشعة تحت الحمراء : من 3 إلى 5 ميكرومتر (التي حددتها نافذة في الغلاف الجوي والتي تغطيها إنديوم antimonide [InSb] وHgCdTe وجزئيا من قبل سيلينيد الرصاص [PbSe]).

·         الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة : من 8 إلى 12، أو من 7 إلى 14 ميكرومتر : نافذة الغلاف الجوي (التي تغطيها HgCdTe وmicrobolometers).

·         الموجات تحت الحمراء الطويلة جدا (VLWIR) : من 12 إلى حوالي 30 ميكرومتر، التي تغطيها السيليكون مشوب.

    هذه التقسيمات تبررها استجابة الإنسان المختلفة لهذا الإشعاع : الأشعة تحت الحمراء بالقرب من المنطقة الأقرب في الطول الموجي للإشعاع للكشف عن طريق العين البشرية، وبعيد منتصف الأشعة تحت الحمراء هي تدريجيا المزيد من الطيف المرئي. تعاريف أخرى تتبع مختلف الآليات المادية (قمم الانبعاثات، مقابل العصابات، وامتصاص الماء)، ومتابعة أحدث أسباب فنية (وكواشف السيليكون المشتركة حساسة لحوالي 1،050 ميل بحري، في حين InGaAs 'الحساسية يبدأ حوالي 950 نانومترا وينتهي بين 1،700 و 2،600 ميل بحري، اعتمادا على تكوين محددة). للأسف، والمعايير الدولية لهذه المواصفات غير متوفرة حاليا.

    الحد الفاصل بين الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ليست محددة بدقة. العين البشرية بشكل ملحوظ أقل حساسية للضوء فوق طول موجي 700 نانومتر، وذلك أقصر الترددات تقديم مساهمات ضئيلة لمشاهد مضيئة من مصادر الضوء المشتركة. ولكن لا سيما ضوء مكثفة (على سبيل المثال، من أشعة الليزر، أو من ضوء النهار الساطع مع الضوء المرئي عن طريق إزالة المواد الهلامية الملونة) يمكن الكشف عن ما يصل إلى حوالي 780 نانومتر، وسوف ينظر إليها على ضوء أحمر. بداية من الأشعة تحت الحمراء ويعرف (وفقا لمعايير مختلفة) في مختلف القيم عادة ما بين 700 نانومتر و 800 نانومتر

التطبيقات

مرشحات الأشعة تحت الحمراء

   الأشعة تحت الحمراء (يحيل / عابرة) المرشحات يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مختلفة كثيرة. نوع واحد هو مصنوع من البلاستيك polysulfone الذي يمنع أكثر من 99 ٪ من طيف الضوء المرئي من "مصادر" الضوء الأبيض مثل المصابيح المتوهجة الفتيلية. مرشحات الأشعة تحت الحمراء يسمح بأقصى قدر من الإنتاج مع المحافظة على الأشعة تحت الحمراء covertness المدقع. حاليا قيد الاستخدام في جميع أنحاء العالم، ومرشحات الأشعة تحت الحمراء التي تستخدم في المعدات العسكرية وتنفيذ القوانين، التطبيقات الصناعية والتجارية. تشكيلة فريدة من البلاستيك تسمح لأقصى قدر من المتانة ومقاومة للحرارة. مرشحات الأشعة تحت الحمراء توفير أكثر فعالية من حيث التكلفة والزمن المستغرق في حل أكثر من معيار استبدال المصابيح البديلة. جميع أجيال من أجهزة رؤية ليلية ويعزز بدرجة كبيرة مع استخدام مرشحات الأشعة تحت الحمراء.

رؤية ليلية

                                       

    الأشعة تحت الحمراء وتستخدم في معدات الرؤية الليلية عندما يكون هناك عدم كفاية الضوء المرئي لنرى. أجهزة للرؤية الليلية يعمل من خلال عملية تنطوي على تحويل فوتونات الضوء المحيط في الالكترونات التي يتم تضخيمها من قبل الكيميائية والكهربائية وعملية ثم تحويلها إلى الضوء المرئي. مصادر الأشعة تحت الحمراء ضوء يمكن أن تستخدم لزيادة الضوء المحيطة المتاحة للتحويل عن طريق أجهزة للرؤية الليلية، وزيادة وضوح، في الظلام دون فعليا باستخدام مصدر الضوء المرئي. وينبغي استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء وأجهزة رؤية ليلية لا يمكن الخلط بينه وبين التصوير الحراري التي تخلق صورا على أساس الاختلافات في درجة الحرارة السطحية عن طريق الكشف عن الأشعة تحت الحمراء (الحرارة) التي تنبعث من الأجسام والبيئة المحيطة بها.

(1) التصوير الحراري

   اذا كنت في ظلام دامس، فأنت تحتاج إلى استخدام نظارات الرؤية الليلية الحرارية لرؤية الأجسام. مثل الأشخاص والأماكن والأشياء حيث إنها جميعا تصدر أشعة تحت الحمراء تتناسب كميتها مع درجة حرارتها. نظارات الرؤية الحرارية تكون صور الكترونية تعتمد على اختلاف درجات الحرارة للمشهد فالأجسام الحارة تبدو مضيئة أكثر من الأجسام الباردة. وهذا يكون تباين في الصورة يظهر على شاشة النظارة بأي لون سواء    الأزرق أو الزهري ولكن اللون الأخضر هو الأكثر استخداما لان حساسية العين للون الأخضر هي الأكثر وبالتالي تتمكن العين بسهولة من فصل الظلال باللون الأخضر عن أي لون أخر.

 (2) التصوير في الضوء المنخفض الشدة

   نوع آخر من نظارات الرؤية الليلية يعتمد على وجود بعض الضوء في المكان. وتقوم بتكبير إشارة الضوء بنفس الطريقة التي تعمل بها مكبرات الصوت عندما نقوم بزيادة شدة الصوت في جهاز التسجيل مثلا. تقوم هذه النظارات من هذا النوع بالاستفادة من الأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة المرئية وكذلك الأشعة تحت الحمراء المتوفرة جميعا في المكان وتستخدم بعض التقنيات الالكترونية لتكبير الإشارات وتكوين الصورة المرئية للمشهد. ونظام النظارات ذات الضوء المنخفض تلك تقوم بتكوين الصورة بدقة عالية باستخدام كل الأطياف المذكورة لتمكن من توضيح الصورة بدرجة كبيرة تتمكن من تحديد هوية أي شخص في المكان في حالة وجود ضوء منخفض جدا لا تستطيع العين المجردة ان تميز الأشخاص به.

 (3) الصور بجوار الأشعة تحت الحمراء (القريب جدا للضوء المرئي)

    هذه التقنية تعتمد على مصدر للأشعة تحت الحمراء ولاقط او كاشف للأشعة تحت الحمراء. يقوم مصدر الأشعة تحت الحمراء بإصدار ضوء غير مرئي (أشعة تحت حمراء) ويقوم الكاشف بالتقاط الصورة. ويمكنك تخيل فكرة عملها مثل الكاميرا بالفلاش حيث يصدر الفلاش الضوء الذي ينعكس على الجسم وتقوم الكاميرا بالتقاط هذا الضوء وتكوين الصورة للمشهد. وفي هذه الحالة يستخدم فلاش يصدر أشعة تحت حمراء بدلا من الضوء الأبيض. هذه التقنية مفيدة جدا في حالات عندما ترغب في رؤية ماذا يحدث في المكان دون ان تصدر أي ضوء ابيض قد يحذر الموجودين او يزعجهم ويستخدم هذا النظام بكثرة في انظم الحماية في المطارات على سبيل المثال.

علاقة الأشعة تحت الحمراء بصحة ونشاط الجسم

   تعد الشمس مصدر الإشعاع الطبيعي الأول لكل أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية فهذا الإشعاع الذي ترسله الشمس على شكل موجات كهرومغناطيسية يتألف من ثلاثة أجزاء وهي :  الأشعة فوق البنفسجية  (تشكل 2% من أشعة الشمس) والضوء المرئي (47%) والأشعة تحت الحمراء (51 %).
   والأشعة تحت الحمراء أشعة غير مرئية حرارية نحصل عليها من الشمس أو من منابع اصطناعية لها قدرة على عالية على الاختراق و النفوذ وتسمى الأشعة تحت الحمراء ضوء الحياة أو شعاع الحياة light of life لأنها سبب وجود جميع الكائنات الحية.
    وأهم وظيفة للأشعة تحت الحمراء هي زيادة مناعة الجسم ضد الأمراض Reinforcement immune system وذلك ناتج عن زيادة الدورة الدموية الصغرى وزيادة الايض metabolism (وهذا سبب وضع الأطفال المواليد الضعفاء في حضانات بالمستشفيات تنتج الأشعة تحت الحمراء ) وأيضا تساعد على تأخير الشيخوخة والعجز Slow down the aging process .

    المعروف أن أجسامنا تنتج الأشعة تحت الحمراء وتسمى biogenetic ray وكمية لأشعة المنتجة في الجسم تختلف من شخص لآخر وعندما يبدأ انخفاض إنتاج الأشعة تحت الحمراء من الجسم يبدأ الجسم بالضعف والمرض والتعب والشيخوخة ويصبح معرض لكثير من الآفات وعندما يكون إنتاج الأشعة تحت الحمراء يقارب الصفر فأننا على أبواب الموت لا محالة.
    تعد الشمس مصدر الإشعاع الطبيعي الأول لكل أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية فهذا الإشعاع الذي ترسله الشمس على شكل موجات كهرومغناطيسية لذلك يستطيع بعض الناس التغلب على المرض وذلك لقدرتهم على إنتاج الأشعة تحت الحمراء من أجسامهم لذلك أجسامهم قوية وباستخدام الأشعة تحت الحمراء هناك الآلاف من البشر قد شفوا من أمراض مثل الربو القصبي والضغط الدموي والسكري وقصور البنكرياس أيضا و من كان يعاني من قرحة المعدة قد شفوا والصداع أيضا .

وقد كان الناس في السابق يشربون ويستحمون في مياه البرك والأنهار الغنية بالأشعة تحت الحمراء وكانوا يتمتعون بصحة جيدة ذلك الشيء الذي نفتقده الآن فعندما ترقد الدجاجة على البيض يفقس بتأثير الأشعة تحت الحمراء وسلاحف البحر تدفن بيضها على رمال الشاطئ ليفقس بفعل الأشعة تحت الحمراء الآتية من الشمس .

التطبيقات البيولوجية للأشعة تحت الحمراء( Infrared applications )
   ليس للأشعة تحت الحمراء أي تأثير ضار مطلقا حتى لو تعرض لها الشخص لمدة 24ساعة وهي على العكس مادة طبيعية ضرورية ولا غنى عنها وهذا يجعل أطباء الأطفال يضعون الأطفال في حاضنات تبث أشعة تحت الحمراء مباشرة بعد الولادة هكذا تفهم أهميته هذه الأشعة للحياة.

   والأشعة تحت الحمراء لها قدرة اختراق عالية وأيضا قدرة شفائية مذهلة فإنها تظهر تأثيرها القوي على سطح الجلد وتحسن مسيرة الدم وتنشط الهضم وتجدد الأنسجة وتساعد على تغذية الجسم بالأكسجين والمواد الغذائية وامتصاص الورم وتقليل الألم وتستعمل كعلاج لأمراض الروماتيزم وأوجاع الأعصاب وبعد الإصابات الرياضية أو إصابات العمل والتمهيد قبل العلاج الحركي والتدليك والحروق وتهدئة الألم خصوصا آلام الوجه

   ما هي وظيفة نظارات الرؤية الليلية، وما هي كواشف الألغام الأرضية، وما هي الوسيلة المستخدمة للدراسات الفلكية للكون؟ قد تبدو هذه المواضيع غير مترابطة، ولكنها مشتركة بشيء واحد. في بعض الأحيان كل هذه المواضيع مرتبطة بمدى صغير من الضوء يقع بين الضوء المرئي وامواج الميكروويف في الطيف الكهرومغناطيسي هذا الضوء يعرف باسم الضوء تحت الأحمر infrared light أو الأشعة تحت الحمراء.

الأشعة تحت الحمراء في العالم

   عين الإنسان تشعر بالضوء المرئي المكون من الضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي وكل الظلال التي تكون بين هذه الألوان. وهذا الضوء المرئي يعتبر جزء صغير جدا من الضوء في هذا الكون الفسيح. فهناك أمواج الراديو وأشعة اكس وأمواج الميكروويف وهي كلها أنواع مختلفة من الضوء، والذي يعرف بالاسم العلمي المعتمد على مكونات الضوء بالأشعة الكهرومغناطيسية electromagnetic وانتشار مدى هذه الأنواع المختلفة من الضوء كبير جدا ولذلك نقول طيف الأشعة الكهرومغناطيسية عند التحدث عن كل الضوء في الكون، ولكن هذا الطيف الواسع يقسم إلى مناطق كل منطقة محددة بنطاق من الترددات بوحدة الهرتز Hz ويطلق على كل منطقة اسم قد يعود لأحد تطبيقاته مثل أمواج الراديو والمستخدمة في الاتصالات او الضوء المرئي وهو المدى من الترددات التي تستطيع العين ان تبصره وهناك منطقة تحت الحمراء وتلك التي تكون تردداتها اقل من الضوء المرئي وهناك الضوء فوق البنفسجي وواضح إنها المنطقة التي تزيد فيها الترددات عن الضوء المرئي وهناك مناطق من الطيف اكتشفت حديثا مثل أشعة اكس وأطلقت هذه التسمية لكون هذه الاشعة كانت مجهولة فجاءت التسمية x-ray وأحيانا نقول اشعة رونتجين نسبة للعالم الذي اكتشفها. في الشكل أدناه مخطط للطيف الكهرومغناطيسي ونطاق الترددات التي ينتشر فيها كل نطاق وبالمقابل الأطوال الموجية حيث اننا نعلم ان الطول الموجي هو حاصل قسمة سرعة الضوء على التردد.

طيف الاشعة الكهرومغناطيسية

   الأشعة تحت الحمراء تعرف باسم Infrared  وتكتب اختصارا IR وهي الأشعة التي تقع في المدى المجاور لمدى رؤية العين كما هو موضح في المخطط اعلاه. ولكن ليس لان العين لا تستطيع إبصار الأشعة تحت الحمراء فإننا لا يمكن ان نستفيد منها، بل بالعكس هناك العديد من التطبيقات التي تعتمد على الأشعة تحت الحمراء.